DE2815879A1

DE2815879A1 - Vorrichtung zur ueberwachung der zusammensetzung der abgase eines verbrennungsprozesses

Info

Publication number: DE2815879A1
Application number: DE19782815879
Authority: DE
Inventors: Christopher Varnde Cullingford; Martin Andrew Read
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-04-12
Filing date: 1978-04-12
Publication date: 1978-10-19
Also published as: US4193965A; JPS53127790A; IT7848832A0; ES468735A1; FR2387448A1; DE2815879C2; GB1595421A; FR2387448B1; IT1102685B

Description

PATE N TANWAtTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL.-ING. W.EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN . DI PL.-ING. W. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 {STERNHAUS) · D-8000 MO NCH EN 81 . TELEFON (08?) 911087 · TELEX 05-29619 (PATH E)

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Lucas Industries Limited
Birmingham / England

Vorrichtung zur Überwachung der Zusammensetzung der Abgase eines Verbrennungsprozesses

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung der Zusammensetzung der Abgase eines Verbrennungsprozesses und
insbesondere der Abgase eines für Straßenfahrzeuge verwendeten
Verbrennungsmotors.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Abgastester zu schaffen, mit dem unter Verwendung einfachster Mittel nicht nur eine exakte Abgasüberwachung vorgenommen werden kann, sondern darüberhinaus der Abgastest auch unabhängig von extremen Umgebungstemperaturen durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen niedergelegten
Merkmale gelöst· Diese Lösung besteht darin, daß in einem hohlen, an einem Ende offenen, länglichen Körper ein längliches Substrat

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angeordnet ist, welches am dem offenen Ende des Körpers benachbarten Ende ein Sensorelement und ein Widerstandheizelement aufweist, wobei das Sensorelement und das Widerstandsheizelement auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats in der Nähe eines Endes des Substrats aufgedruckt sind und mit zum entgegengesetzten Ende des Substrats verlaufenden ersten leitenden Bereichen elektrisch verbunden sind, daß das Sensorelement derart angeordnet ist, daß, wenn es durch das Heizelement auf eine erhöhte Betriebstemperatur gebracht wird, sich seine elektrischen Eigenschaften mit der Konzentration der oxidierenden oder reduzierenden Bestandteile der zu testenden Abgase verändern, daß erste und zweite längliche, flexible Schaltungselemente vorgesehen sind, welche längliche zweite leitende Bereiche aufweisen, die an einer Oberfläche der jeweiligen Elemente vorgesehen sind und sich von einem Ende des Elementes erstrecken, daß im anderen Ende des hohlen Körpers ein Träger befestigt ist, auf das eine Ende der ersten und zweiten Schaltungselemente derart befestigt ist, daß die entgegengesetzten Enden der Elemente von dem Träger abstehen und so nach innen gebogen sind, daß die zweiten leitenden Bereiche aufeinander zugerichtet sind, daß zumindest zwei Endglieder durch den Träger gehalten und mit den zweiten leitenden Bereichen verbunden sind, daß das andere Ende des Substrats zwischen den abgebogenen Endbereichen der ersten und zweiten Schaltungselemente so eingebettet ist, daß die zweiten leitenden Bereiche mit den jeweiligen ersten leitenden Bereichen ausgerichtet sind, daß eine Lokalisierhülse am Träger derart anliegt, daß das Substrat und die abgebogenen Bereiche der ersten und zweiten Schaltungselemente durch die Hülse ragen, daß zumindest ein Klemmglied vorgesehen ist, welches in einem in der Hülse ausgebildeten Kanal bewegbar ist und zumindest an einem der abgebogenen Bereiche der ersten und zweiten Schaltungselemente anliegt, und daß eine Einrichtung vor gesehen ist, mit der das Klemmglied die abgebogenen Bereiche

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gegen das Substrat klemmt, wodurch die ersten und zweiten leitenden Bereiche in elektrische Berührung miteinander gedruckt werden,- um die Endglieder elektrisch mit dem Sensorelement bzw. dem Widerstandsheizelement zu verbinden·

Vorzugsweise bestehen die die jeweiligen Teilbereiche bildenden Schaltungselemente aus einem einzelnen flexiblen Schaltungssubstrat·

Der genannte in der Hülse ausgebildete Kanal kann an beiden Enden offen sein und ein Paar von Klemmgliedern aufnehmen, die von den gegenüberliegenden Enden des Kanals her unter der Wirkung einer bestimmten Einrichtung in Anlage an die abgebogenen Bereiche der Schaltungselemente bewegbar sind, um die abgebogenen Bereiche gegen das zuerst genannte Substrat zu drücken.

Zweckmäßigerweise kann die genannte Einrichtung zusammenwirkende Nockenflächen aufweisen, von denen jeweils eine an dem oder den Klemmgliedern bzw. am hohlen Körper vorgesehen sind. Das erstgenannte Substrat ist vorzugsweise als längliche Keramikplatte ausgebildet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausfüh— rungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Oberfläche eines Keramikformstückes einer Vorrichtung zur Überwachung der Abgase der Verbrennungsmaschine eines Strassenfahrzeuges,

Fig. 2 eine Draufsicht der gegenüberliegenden Fläche des Keramikformstückes,

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Fig. 3 eine Draufsicht auf ein flexibles Trägermaterial zur Aufnahme einer gedruckten Schaltung zur Schaffung der elektrischen Verbindungen für das Keramikformstück, und zwar im gegenüber Fig. 1 und Fig. 2 verkleinerten Maßstab,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Teils der Vorrichtung vor der Anbringung im Gehäuse und

Fig. 5 einen Längsschnitt eines Teils der zusammengefügten Vorrichtung.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen umfaßt die Vorrichtung ein Metalloxidelement 11 zur Ermittlung der Abgase, ein Widerstandsheizelement 12 und einen Temperatursensor 13, welche alle als aufgedruckte Schichten auf einem Ende eines länglichen isolierten Substrats 14 vorgesehen sind. Das die Abgase feststellende Element 11 und der Temperatursensor 13 sind auf einer Hauptfläche des Substrats 14 gedruckt (Fig. 1), wogegen das Heizelement 12 auf der gegenüberliegenden Hauptfläche des Substrats (Fig.2) derart aufgedruckt ist, daß dieses Heizelement mit dem Element 11 und dem Sensor 13 ausgerichtet ist.

Das Substrat 14 hat die Form eines Keramikformstückes und besteht vorzugsweise aus einer Platte auf Aluminiumbasis mit einem geringen Gehalt an Glas, um eine hohe mechanische Festigkeit und eine hohe elektrische Resistivität zu schaffen. Um einen angemessenen spezifischen elektrischen Widerstand sicherzustellen, wird ein Minimumgehalt an Aluminium von 99 % bevorzugt.

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Das Sensorelement 11 besteht aus einer gesinterten Mischung von Titandioxid mit 1 mol % Tantaloxid und 1 atom % Platin.

Zur Herstellung dieser Mischung werden die einzelnen Komponenten miteinander in Luft für 2 Stunden auf HOO⁰C erhitzt, wobei das Platin bevorzugterweise in das Anfangsmaterial als Platinchlorid eingeführt wird. Das gesinterte Produkt wird dann zu einem Pulver zermahlen, welches durch Absetzen in Wasser oder in einer anderen geeignten, nicht reagierenden Flüssigkeit abgesondert wird, um Partikel einer Größe von mehr als 10 micron zu beseitigen. Das ausgesonderte Pulver, welches natürlich Partikel einer Größe von 10 micron und weniger enthält, wird dann mit einer organischen Trägerflüssigkeit vermischt, wonach die dann erhaltene Suspension mittels einer herkömmlichen Dickfilmsiebdrucktechnik auf das Keraraikformstück bzw. die Keramikplatte aufgebracht wird. Dabei kann jede geeignete Trägerflüssigkeit als Suspensionsgrundflüssigkeit verwendet werden. Es wurde wurde herausgefunden, daß beispielsweise die Trägerflüssigkeit der Firma Englehard Sales Limited als Medium 4/730 zufriedenstellende Ergebnisse schafft. Es wird jedoch bevorzugt, sicherzustellen, daß die Suspension zwischen 30 und 35 Vol. % der Trägerflüssigkeit enthält.

Nachdem die Pulversuspension auf das Formstück 14 gedruckt wurde, wird die dadurch erhaltene Schicht für eine Zeit von einer halben bis zu einer Stunde bei 120°C getrocknet. Dann wird die Schicht bei 1200⁰C gebrannt, um die Mischung in das erforderliche Sensorelement 11 zu sintern. Der HochteiTipcratur-Sintervorgang schafft eine feste Verbindung zwischen dem Element 11 und dem Keramikformstück 14, ohne das Erfordernis, zur Verbesserung der Haftung Glas einzusetzen· So wurde bei der Verwendung der zuvor beschriebenen Mischung herausgefunden, daß das Element sogar bei hohen Temperaturen von 900°C, die das Element bei der Verwendung

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annimmt, stabil und fest mit dem Keramikformstück verbunden bleibt. Es wurde festgestellt, daß das gesinterte Element porös,ist, was hinsichtlich der sich ergebenden Vergrößerung des Oberflächenbereichs eine verbesserte Ansprechzeit der Vorrichtung und verbesserte elektrische Verbindungen mit dem Element schafft.

Das Element 11 hat vorteilhafterweise einen Widerstandswert in Luft von 1 MOhm und ist vorzugsweise so dimensioniert, daß es ein niedriges Seitenverhältnis aufweist (zwischen den leitenden Verbindern oder galvanischen Verbindern gemessene Länge: parallel zu den Verbindern gemessene Breite). So weist das Element 11 in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform eine rechteckige Gestaltung auf.

Der Sensor 13 ist ein Platinwiderstandsthermometer, welches auf das Keramikformstück 14 gedruckt ist, und zwar auf dieselbe Weise wie das Element 11, obwohl in diesem Fall das Druckmedium eine Platinfarbe ist, in der Platin-Partikel vorzugsweise eine Partikelgröße von nicht größer als 2 micron haben, so daß die Möglichkeit besteht, ein Muster mit einer exakt feinen Linienbreite zu drucken. Die sich ergebende Schicht wird dann bei 120⁰C getrocknet und danach für eine Stunde bei 1200°C bis 1300 C gebrannt. Der Brennvorgang ist ein längerer heißerer Prozeß als dies normalerweise für Platindickfilme erforderlich ist. Dies ist jedoch wünschenswert, um Aushärtprozesse im Film zu fördern, so daß der Widerstand des Films im Betrieb stabil ist. Der erhaltene Sensor 13 ist so ausgebildet,, daß er einen Widerstandswert in Luft bei 20⁰C von 10 Ohm hat und vorzugsweise ein hohes Seitenverhältnis aufweist. Dieses hohe Seitenverhältnis wird bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß der Sensor 13 in Form eines schmalen Streifens ausgebildet ist, der die in Fig, 2 gezeigte Zick-Zack-Form aufweist und an jedem Ende mit einem

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vergrößerten Endbereich 13a versehen ist. Nach dem Brennen wird der Sensor 13 vornehmlich durch Überdrucken einer glaspassivierenden Schicht geschützt.

Wenn die Ausbildung des Elements 11 und des Sensors 13 vervollständigt ist, werden erste und zweite Paare von leitenden Bereichen 15, 16 auf das Keramikformstück 14 gedruckt und zwar zur Schaffung der notwendigen elektrischen Verbindungen mit dem Element 11 bzw. dem Sensor 13. Jeder leitende Bereich verläuft entlang der Länge einer Oberfläche des Keramikformstückes

14, wobei die Bereiche 16, die Endbereiche 13a bzw. die Bereiche 15 das rechteckige Element 11 überlappen. Die Bereiche

15, 16 werden auf geeignete Weise durch direktes Bedrucken des Keramikformstückes 14 mit einer reaktionsfreundlich klebenden Dickfilmfarbe auf Goldbasis (von E.M.C.A. als Type 3264) hergestellt, wobei die gedruckten Schichten nacheinander getrocknet und dann bei 1000⁰C gebrannt werden. Der Widerstand der dadurch entstehenden Bereiche 15, 16 ist ausreichend niedrig, um die erforderlichen elektrischen Verbindungen des Elementes 11 und des Sensors 13 zu schaffen.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, weist das Heizelement 12 eine Zick-Zack-Form auf und verläuft über die gesamte Breite des einen Endes des Keramikformstückes 14. Das Element 12 wird durch Siebdrucken des erforderlichen Musters auf dieser gegenüberliegenden Oberfläche des Keramikformstückes hergestellt, indem entweder eine Platinfarbmischung der Firma Englehard Limited, Nr. 6082, oder die Platin/Gold-Zusammensetzung von E.M.C.A. als Type 180 verwendet v/ird. Der Druckvorgang erfolgt so, daß ein Paar im Abstand voneinander angeordneten Verbinder-Streifen 17 hergestellt werden, die entlang der Länge des Keramikformstückes in der Nähe der gegenüberliegenden Ränder verlaufen und die mit den jeweiligen Enden des Elementes 12 verbunden sind. Nach dem Drucken wird die Farbschicht getrocknet und im Fall der Platin/Gold-Zusammensetzung bei 1200°C

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oder im Pall der Platin-Zusammensetzung bei 1150⁰C gebrannt. Sodann werden leitende Bereiche 18 jeweils über die Streifen 17 gedruckt, um so die erforderlichen elektrischen Verbindungen mit dem Heizelement 12 zu schaffen. Die leitenden Bereiche werden mit einer ungeschmolzenen Reingold-Druckzusammensetzung von E.M.C.A. als Type 213U hergestellt. Die gedruckten Schichten werden dann bei 800 C gebrannt, um die erforderlichen leitenden Bereiche 18 herzustellen, welche einen geeigneten Widerstand von ungefähr 150m Ohm haben. Das Heizelement 12 wird dann vorzugsweise mit einer Glasschicht beschichtet, um seine lange thermische Stabilität zu verbessern.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 4 und 5 bilden das Keramikformstück 14 und die mit diesem in Verbindung stehenden Schaltungselemente einen Teil einer Schaltungsanordnung 21, welche bei der vollständigen Abgasfeststellvorrichtung in einem wärme— festen, hohlen, zylindrischen Körper 22 befestigt ist. Die Anordnung 21 umfaßt ein längliches, flexibles Schaltungssubstrat 23 mit einem im wesentlichen kreisförmigen Zentralbereich 24 und einem Paar von Endbereichen 25, 26, die von diametral gegenüberliegenden Teilbereichen des Zentralbereiches 24 weg verlaufen und im wesentlichen dieselbe Breite wie das Keramikformstück 14 aufweisen. Entlang einer Oberfläche des Endbereiches 25 verlaufen vier quer im Abstand voneinander angeordnete, längliche leitende Bereiche 27, welche hinsichtlich der Form und der relativen Stellung zueinander den leitenden Bereichen 15, 16 entsprechen, und welche in den zentralen Bereich 24 verlaufen, um dort jeweils vergrößerte Endflächen 28 zu bilden. In gleicher Weise ist der Endbereich 26 mit einem Paar von quer im Abstand zueinander angeordneten, länglichen weiteren leitenden Bereichen 29 versehen, welche entlang einer Oberfläche des Substrates in den Bereich 24 verlaufen und dort weitere Endflächen 30 bilden, die in Form und der Stellung zueinander den leitenden Bereichen 18 entsprechen. Das Substrat 23 besteht aus Polyamid, welches, wie angewendet, über der

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einen Oberfläche mit einer Kupferschicht beschichtet ist, die durch ein fluoriertes Äthylpropylencopolymer auf das Polyamid geklebt wurde. Um die leitenden Bereiche 27 bis 30 herzustellen, wird das so verwendete Substrat durch eine Maske geätzt, so daß auf der einen Oberfläche des Substrates ein Kupfermuster verbleibt, welches die Form der gewünschten leitenden Bereiche bildet, wonach die Kupferschichten mit einer 5 micron dicken Goldschicht plattiert werden. Der Zentralbereich 24 des Substrates 23 wird auf eine Endoberfläche der im wesentlichen kreisförmigen Trägerscheibe 31 befestigt, wobei die andere, von den leitenden Bereichen weg gerichtete Oberfläche des Substrates auf den Träger gerichtet ist, wobei die Endbereiche 25 und 26 von dem Träger weg stehen. Von dem Träger 31 werden eine Vielzahl von mit Köpfen versehenen Endstiften 32 gehalten, welche durch den Träger 31 und jeweilige Löcher in den Endflächen 28 und 30 verlaufen. Dabei sind die Stifte mittels einer Hochtemperaturlötung an den jeweiligen Endflächen 28, 30 befestigt. So bilden die Stifte 32 elektrische Steckerverbindungen mit den leitenden Bereichen 27 und 29 und bei Verwendung der Vorrichtung die äußeren Steckerverbxndungen.

Die vorstehenden Endbereiche 25, 26 des Substrates 23 werden nach innen gebogen, so daß die leitenden Bereiche 27, 29 aufeinander zugerichtet sind und so daß die Bereiche 25, 26 durch eine Hülse 33 geführt werden können, welche an einem Ende des Trägers 31 befestigt ist. Die Hülse 33 bildet an ihren gegenüberliegenden Enden einen parallele Seiten bildenden Kanal 43, welcher ein Paar von qetrennten Klemmgliedern 34 aufnimmt, die im wesentlichen dieselbe Höhe haben, wie der Kanal 43 und welche von gegenüberliegenden Enden des Kanals in den Kanal bewegbar sind, um gegenseitig parallele Anlageflächen 44 zu bilden. Das von den Betriebselementen

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bis 13 abgelegene Ende des Keramikformstückes 14 verläuft durch das andere Ende der Hülse 13 und ist zwischen den abgebogenen Endbereichen des Substrates 23 eingebettet. Die Breite des Kanals 43 ist im wesentlichen gleich der Breite des Formstückes 14 und der Endbereiche 25, 26. Daher dient die Hülse 33 der Festlegung des Formstückes 14 und der Bereiche 25, 26 gegen relative seitliche Bewegung. Darüberhinaus ist das Formstück 14 zwischen die abgebogenen Bereiche 25, 26 über eine genügende Länge eingesetzt, um sicherzustellen, daß die leitenden Bereiche 2 7 mit den leitenden Bereichen 15, 16 über eine genügende Länge der Bereiche 27 ausgerichtet sind, und daß die leitenden Bereiche 18 über eine ausreichende Länge mit den leitenden Bereichen 29 ausgerichtet sind.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 5 besteht die Anordnung aus der Hülse 33, der Trägerscheibe 31, dem Substrat 23 und dem Formkörper 14 und ist in einem Ende des Gehäuses 22 befestigt, wobei der über die Hülse 33 vorstehende Teil des Formstückes 14 in Richtung auf das andere Ende 42 des Gehäuses gerichtet ist, aber in einem kurzen Abstand von diesem endet. Am anderen Ende 42 weist das Gehäuse ein äußeres Schraubengewinde auf, um die Befestigung der Vorrichtung am Auspuffsystem des entsprechenden Fahrzeuges anzubringen, während ein weiterer äußerer Schraubgewindebereich 35 am einen Ende des Gehäuses vorgesehen ist. In dieses Gewinde 35 greift eine mit einem Innengewinde versehene Mutter 36 ein, welche eine nach innen gerichtete Lippe 37 aufweist, die die Anordnung 21 in das Gehäuse 22 drückt und eine O-Ring-Dichtung 38 zwischen die Hülse 33 und die Innenwände des Gehäuses einfaßt. In der Innenwandung des Gehäuses ist eine die Hülse 33 berührende Nockenfläche 39 ausgebildet, welche komplementär mit weiteren Nockenflächen 41 ausgebildet ist, die durch die Glieder 34 und den entsprechenden Bereich der Hülse 33 gebildet werden. Die Anordnung der Nockenflächen 39 und 41 ist derart, daß bei auf den Gewindebereich 35 aufgeschraubter Mutter 36 die Glieder 34 entlang dem

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Kanal 43 aufeinander zu gedruckt werden, so daß die Anlageflächen 44 die abgebogenen Bereiche 25, 26 unelastisch gegen das'Keramikformteil 14 klemmen. Die leitenden Bereiche 27, 29 werden dabei in Berührung mit den entsprechenden Bereichen auf dem Formstück 14 gedrückt, und zwar im wesentlichen über die gesamte Höhe des Kanals 43, um so elektrische Verbindungen zwischen den Stiften 32 und dem Sensorelement 11, dem Heizelement 12 und dem Temperatursensor 13 zu schaffen.

Wenn die zuvor beschriebene Vorrichtung dazu verwendet wird, die Zusammensetzung der Abgase eines Verbrennungsmotors zu überwachen, wird mittels der Steckerstifte 32 und der leitenden Bereiche 28, 29 Strom zum Heizelement 12 zugeführt, um so das Sensorelement 11 auf die erforderliche Betriebstemperatur, d.h. normalerweise 900 C zu erwärmen. Bei dieser Temperatur verändert sich die elektrische Leitfähigkeit des Elementes 11 in Übereinstimmung mit der Menge der oxidierenden oder reduzierenden Bestandteile im Abgas* Somit kann durch Verbindung der mit dem Element 11 verbundenen Steckerstifte mit einer Spannungsquelle und einer darauf folgenden Messung des Stromflusses durch das Element 11 eine Messung der Abgaszusammensetzung erzielt werden. Um eine genaue Feststellung der Bestandteile zu erzielen, ist es jedoch notwendig, sicherzustellen, daß das Element 11 auf eine im wesentlichen konstante Temperatur gehalten wird. Dies wird exakt durch das beschriebene Ausführungsbeispiel erzielt, da der Temperatursensor 13 in der Nähe des Elementes 11 angeordnet ist und daher bei der Verwendung des Gerätes durch das Heizelement 12 auf im wesentlichen dieselbe Temperatur erwärmt wird, die auch das Element 11 aufweist. So kann bei der Überwachung des Widerstandes des Sensors 13, welcher natürlich temperaturabhängig ist, die Temperatur des Elementes 11 sorgfältig verfolgt werden und wenn nötig der zum

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Heizelement geleitete Strom variiert werden, um das Element 11 auf die erforderliche Betriebstemperatur zu halten.

Es wurde herausgefunden, daß es durch die zuvor beschriebene Vorrichtung beim Betrieb ermöglicht wird, die Zusammensetzung der Abgase eines für Straßenfahrzeuge verwendeten Verbrennungsmotors genau über ausgedehnte Perioden zu bestimmen, und zwar trotz erschwerter Temperatur— und anderer Umgebungsbedingungen, der die Vorrichtung unterworfen ist. Darüberhinaus kann das übermäßig und am meisten einer Abnutzung unterworfene Teil der Vorrichtung, nämlich das Keramikformstück ersetzt werden, indem einfach die Mutter 36 abgeschraubt und die Anordnung 21 von dem Gehäuse 22 entfernt wird.

Bei einer nicht dargestellten abgewandelten Ausführungsform ist das Substrat 23 derart auf dem Träger 31 befestigt, daß die leitenden Bereiche 27, 29 auf den Träger weisen, und die vorstehenden Endbereiche 25, 26 nach innen gebogen und dann derart voneinander zurückgebogen werden, daß die leitenden Bereiche 27, 29 immer noch auf die mit diesen zusammenwirkenden Bereiche des Formstückes 14 hinweisen. Bei der Verwendung dieser Anordnung wird es vorgezogen, die Hülse 33 und die Klemmglieder 34 aus isolierendem Material, wie beispielsweise Keramik, herzustellen.

Als eine weitere Alternative kann das flexible Schaltungssubstrat 23 durch zwei separate Schaltungselemente ersetzt werden, wobei eines der Elemente einen Endbereich 25, die leitenden Bereiche 2 7 und die Endflächen 28 und das andere Element den Endbereich 26, die leitenden Bereiche 29 und die Endflächen 30 aufweist. Falls der Kanal 43 an einem Ende geschlossen ist, kann anstatt des Paares von Klemmgliedern bei der dargestellten Ausführungsform ein einzelnes Klemmglied 34 vorgesehen werden. Das einzelne Glied 34

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würde dann durch die Nockenflächen 39, 41 gedruckt, um die abgebogenen Bereiche 25, 26 und das Keramikformstück gegen das geschlossene Ende des Kanals zu drücken, so daß der erforderliche elektrische Kontakt zwischen den leitenden Bereichen 2 7, 29 und den entsprechenden Bereichen auf dem Keramikformstück 14 hergestellt wird. Entsprechend einer weiteren Alternativlösung des Substrates kann das Keramikformstück 14 durch eine längliche Metallplatte ersetzt werden, die mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist. Obwohl das Abgasfühlelement, wie es beschrieben wurde, als Metalloxid ausgebildet ist, dessen elektrische Leitfähigkeit sich in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung der Abgase ändert, können andere Fühlelemente verwendet werden. So wäre es beispielsweise möglich, ein Metalloxidfühlelement zu verwenden, welches eine veränderbare thermoelektrische Wirkung zeigt und daher als Reaktion auf die Zusammensetzung der Abgase eine veränderliche Spannung aufweist. Als weitere Alternative könnte das Abgas durch eine Einrichtung einer elektrochemischen Zelle getestet werden, die eine Bezugselektrode aufweist, die einer kontrollierten gasförmigen Substanz, beispielsweise Sauerstoff, ausgesetzt ist und die eine dem Abgas ausgesetzte Testelektrode aufweist. Solch eine elektrochemische Zelle könnte geeigneterweise als eine mehrschichtige Dickfilmablage auf einem Substrat hergestellt werden, welches gegenüber dem Abgas inert ist.

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Claims

HOFFMAiYN · ILxTLE Oc PaRTNER 2815879

PATENTANWÄLTE

DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) . DIPL-I NG. W. EITLE · D R. RER. NAT. K. HOFFMAN N · D I PL.-1N G. V/. LEHN

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERN HAUS) · D-8000 MO NCH EN 81 . TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29619 (PATH E)

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Birmingham / England

Vorrichtung zur Überwachung der Zusammensetzung der Abgase eines Verbrennungsprozesses

Patentansprüche

Vorrichtung zur Überwachung der Zusammensetzung der Abgase eines Verbrennungsprozesses, dadurch gekennzeich net, daß in einem hohlen, an einem Ende offenen, länglichen Körper (22) ein längliches Substrat (14) angeordnet ist, welches am dem offenen Ende (42) des Körpers (22) benachbarten Ende ein Sensorelement (11) und ein Widerstandsheisclcmcnt (12) aufweist, wobei das Sensorelerr.ent (11) und das Widerstandsheizelement (12) auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats (14) in der Nähe eines Endes des Substrats (14) aufgedruckt sind und mit zum entgegengesetzten Ende des Substrats (14) verlaufenden ersten leitenden Be-

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reichen (15, 18) elektrisch verbunden sind, daß das Sensorelement (11) derart angeordnet ist, daß, wenn es durch das Heizelement (12) auf eine erhöhte Betriebstemperatur gebracht wird, sich seine elektrischen Eigenschaften mit der Konzentration der oxidierenden oder reduzierenden Bestandteile der zu testenden Abgase verändern, daß erste und zweite längliche, flexible Schaltungselemente (25, 26) vorgesehen sind, welche längliche zweite leitende Bereiche (27, 29) aufweisen, die an einer Oberfläche der jeweiligen Elemente (25, 26) vorgesehen sind und sich von einem Ende des Elementes erstrecken, daß im anderen Ende des hohlen Körpers (22) ein Träger (31) befestigt ist, auf dem das eine Ende der ersten und zweiten Schaltungselemente (25, 26) derart befestigt ist, daß die entgegengesetzten Enden der Elemente (25, 26) von dem Träger abstehen und so nach innen gebogen sind, daß die zweiten leitenden Bereiche (27, 29) aufeinander zugerichtet sind, daß zumindest zwei Endglieder (32) durch den Träger (31) gehalten und mit den zweiten leitenden Bereichen (27, 29) verbunden sind, daß das andere Ende des Substrats (14) zwischen den abgebogenen Endbereichen der ersten und zweiten Schaltungselemente (25, 26) so eingebettet sind, daß die zweiten leitenden Bereiche (27, 29) mit den jeweiligen ersten leitenden Bereichen (15, 16, 18) ausgerichtet sind, daß eine Lokalisierhülse (33) am Träger (31) derart anliegt, daß das Substrat (14) und die abgebogenen Bereiche der ersten und zweiten Schaltungselemente (25, 26) durch die Hülse (33) ragen, daß zumindest ein Klemmglied (34) vorgesehen ist, welches in einem in der Hülse (33) ausgebildeten Kanal bewegbar ist und zumindest an einem der abgebogenen Bereiche der ersten und zweiten Schaltungselemente (25, 26) anliegt, und daß eine Einrichtung (39, 41, 37) vorgesehen ist, mit der das Klemmglied (34) die abgebogenen Bereiche gegen das Substrat (14) klemmt, wodurch die ersten und zweiten leitenden Bereiche (15, 16, 18; 27, 29) in elektrische Berührung

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miteinander gedruckt werden, um die Endglieder (32) elektrisch mit dem Sensorelement (11) bzw. dem Widerstandsheizelement (12) zu verbinden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungselemente als Teile eines einzelnen flexiblen Schaltungssubstrats (23) ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der in der Hülse (33) befindliche Kanal (43) an gegenüberliegenden Enden offen ist und ein Paar von Klemmgliedern (34) aufnimmt, welche von den gegenüberliegenden Enden des Kanals unter Einwirkung der besagten Einrichtung (39, 41, 37) in Anlage mit den abgebogenen Bereichen bewegbar sind, um die abgebogenen Bereiche (25, 26) gegen das zuerst genannte Substrat (14) zu drücken.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die genannte Einrichtung zusammenwirkende Nockenflächen (39, 41) aufweist, welche auf dem oder jedem Klemmglied (34) bzw. auf dem hohlen Körper (22) angeordnet sind.
5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das oder jedes Klemmglied (34) die ersten und zweiten leitenden Bereiche (15, 16, 18; 27, 29) über im wesentlichen die gesamte Höhe des Kanals in elektrischen Kontakt miteinander drückt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Hülse (33) das Substrat (14) und die abgebogenen Bereiche (25, 26) gegen eine seitliche Relativbewegung sichert.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das zuerst genannte Substrat (14) eine längliche Keramikplatte ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß auf dem Substrat (14) in der Nähe des Sensorelementes (11) auf derselben Seite des Substrates (14), auf der das Sensorelement angebracht ist, ein Temperatursensor (13) aufgedruckt ist.

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